專(zhuān)利名稱(chēng)：動(dòng)態(tài)濾波裝置及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明有關(guān)于濾波器(filter)，尤其有關(guān)于一種動(dòng)態(tài)濾波裝置及其方法。
背景技術(shù)：
電路接收一時(shí)變(time variant)信號(hào)以進(jìn)行電路量測(cè)的過(guò)程中常引入噪聲，為了能加強(qiáng)信號(hào)的品質(zhì)，一般會(huì)利用一低通濾波器(low-pass filter)來(lái)消除噪聲。在數(shù)字 信號(hào)處理(DigitalSignal Processing)時(shí),該低通濾波器可以利用有限脈沖響應(yīng)(finiteimpulse response,FIR)濾波器或無(wú)限脈沖響應(yīng)(infinite impulse response, IIR)濾波器的方式加以實(shí)施。一般來(lái)說(shuō)，F(xiàn)IR濾波器的穩(wěn)定性較IIR濾波器佳，但I(xiàn)IR濾波器的抗噪聲的能力卻較FIR濾波器佳；當(dāng)兩種濾波器產(chǎn)生相同濾波結(jié)果時(shí)，IIR濾波器所需要的硬體成本會(huì)較FIR濾波器為低。然而，傳統(tǒng)濾波器的反應(yīng)時(shí)間隨頻率而變，通?？乖肼暤哪芰υ郊眩璧姆磻?yīng)時(shí)間也越長(zhǎng)，如圖IA所示。相對(duì)地，對(duì)于需要快速反應(yīng)時(shí)間的系統(tǒng)，如觸碰面板的位置檢測(cè)，就得犧牲抗噪聲的能力來(lái)?yè)Q取較快速的反應(yīng)時(shí)間，如圖IB所示，其中，觸碰位置D(x，y)為X方向坐標(biāo)與y方向坐標(biāo)的函數(shù)。所以，一般濾波器設(shè)計(jì)者會(huì)認(rèn)為反應(yīng)時(shí)間和抗噪聲能力是屬于妥協(xié)的濾波器設(shè)計(jì)變數(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一是提出一種動(dòng)態(tài)濾波裝置，以解決上述問(wèn)題。為達(dá)成上述目的，本發(fā)明動(dòng)態(tài)濾波裝置，包含一變化量檢測(cè)器，根據(jù)一第一輸入信號(hào)的多個(gè)連續(xù)取樣值，產(chǎn)生一檢測(cè)值；一系數(shù)產(chǎn)生單元，根據(jù)該檢測(cè)值，產(chǎn)生一組濾波系數(shù)；以及，一濾波器，根據(jù)該組濾波系數(shù)，對(duì)該輸入信號(hào)進(jìn)行濾波；其中，該檢測(cè)值的大小與所述連續(xù)取樣值的變化量、所述連續(xù)取樣值一次微分的變化量及所述連續(xù)取樣值一次微分的平均值的至少一者或其組合有關(guān)。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種動(dòng)態(tài)濾波方法，包含根據(jù)一第一輸入信號(hào)的多個(gè)連續(xù)取樣值，得到一檢測(cè)值；根據(jù)該檢測(cè)值，得到一組濾波系數(shù)；以及，利用一濾波器，根據(jù)該組濾波系數(shù)，對(duì)該輸入信號(hào)進(jìn)行濾波；其中，該檢測(cè)值的大小與所述連續(xù)取樣值的變化量、所述連續(xù)取樣值一次微分的變化量及所述連續(xù)取樣值一次微分的平均值的至少一者或其組合有關(guān)。本發(fā)明根據(jù)輸入信號(hào)的變化量度，動(dòng)態(tài)改變截止頻率，使得輸入信號(hào)在慢速時(shí)獲得較高的SNR，而在快速移動(dòng)時(shí)能縮短反應(yīng)時(shí)間，進(jìn)而加強(qiáng)濾波器的反應(yīng)時(shí)間和抗噪聲的能力。本發(fā)明的其他目的和優(yōu)點(diǎn)可以從本發(fā)明所揭露的技術(shù)特征中得到進(jìn)一步的了解。為讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉實(shí)施例并配合所附圖式，作詳細(xì)說(shuō)明如下。


圖IA顯不一傳統(tǒng)濾波器的輸出信號(hào)與輸入信號(hào)之間的關(guān)系；圖IB顯不另一傳統(tǒng)濾波器的輸出信號(hào)與輸入信號(hào)之間的關(guān)系；圖2顯示本發(fā)明動(dòng)態(tài)無(wú)限脈沖響應(yīng)濾波裝置一實(shí)施例的架構(gòu)示意圖；圖3顯示觸碰位置隨時(shí)間變化的一個(gè)例子；圖4顯示本發(fā)明變化量檢測(cè)器的一實(shí)施例的架構(gòu)變示意圖；圖5A顯示檢測(cè)值VAR和截止頻率FC的關(guān)系曲線(xiàn)的一個(gè)例子；圖5B顯示檢測(cè)值VAR和截止頻率FC的關(guān)系曲線(xiàn)的另一個(gè)例子；圖5C顯示距離與SNR的關(guān)系曲線(xiàn)；圖是根據(jù)圖5C，顯示不同區(qū)域具有不同的距離與SNR關(guān)系曲線(xiàn)；圖6A顯示二階(η = 2)的契比雪夫第二型IIR濾波器的直接第一型結(jié)構(gòu)的信號(hào)流；圖6Β顯示第二查閱表的一個(gè)例子；圖6C顯示圖6Β中各組濾波系數(shù)之間的關(guān)系；圖7Α顯示當(dāng)頻率比值(FC/FS)產(chǎn)生變化時(shí)，輸出信號(hào)與輸入信號(hào)之間的關(guān)系；圖7Β顯示當(dāng)傳統(tǒng)濾波器的階數(shù)產(chǎn)生變化時(shí)，輸出信號(hào)產(chǎn)生的震蕩現(xiàn)象；圖8顯示本發(fā)明動(dòng)態(tài)無(wú)限脈沖響應(yīng)濾波裝置的輸出信號(hào)與輸入信號(hào)之間的關(guān)系；圖9顯示本發(fā)明動(dòng)態(tài)有限脈沖響應(yīng)濾波裝置一實(shí)施例的架構(gòu)示意圖；圖IOA顯示四階(η = 4)的第一型FIR濾波器的直接結(jié)構(gòu)的信號(hào)流；圖IOB顯示第二查閱表的另一個(gè)例子；圖IOC顯示圖IOB中各組濾波系數(shù)之間呈現(xiàn)連續(xù)性關(guān)系。附圖標(biāo)號(hào)200動(dòng)態(tài)無(wú)限脈沖響應(yīng)濾波裝置210前置低通濾波器220變化量檢測(cè)器230,930系數(shù)產(chǎn)生單元231第一查表單元232、932第二查表單元240無(wú)限脈沖響應(yīng)濾波器900動(dòng)態(tài)有限脈沖響應(yīng)濾波裝置 940有限脈沖響應(yīng)濾波器
具體實(shí)施例方式以下的說(shuō)明將舉出本發(fā)明的數(shù)個(gè)較佳的示范實(shí)施例，例如各種電子電路、元件以及相關(guān)方法。熟悉本領(lǐng)域者應(yīng)可理解，本發(fā)明可采用各種可能的方式實(shí)施，并不限于下列示范的實(shí)施例或?qū)嵤├械奶卣?。另外，眾所知悉的?xì)節(jié)不再重復(fù)顯示或贅述，以避免模糊本發(fā)明的重點(diǎn)。本發(fā)明是以觸碰面板的位置檢測(cè)作為范例說(shuō)明，唯本發(fā)明的動(dòng)態(tài)濾波裝置及其方法亦可應(yīng)用于其他須要濾波的積體電路上。
本發(fā)明利用輸入信號(hào)的速度變化量、或/及位置變化量、或/及平均速度，來(lái)動(dòng)態(tài)改變?yōu)V波器的截止頻率(cut-off frequency)，使得輸入信號(hào)在慢速移動(dòng)時(shí)獲得較高的信號(hào)噪聲比(signal-to-noise ratio, SNR),在快速移動(dòng)時(shí)能縮短反應(yīng)時(shí)間，以改善濾波器的反應(yīng)時(shí)間和抗噪聲能力。
圖2顯示本發(fā)明動(dòng)態(tài)無(wú)限脈沖響應(yīng)濾波裝置一實(shí)施例的架構(gòu)示意圖。參考圖2，本發(fā)明動(dòng)態(tài)無(wú)限脈沖響應(yīng)濾波裝置200包含一前置低通濾波器(pre-lowpass filter) 210、一變化量檢測(cè)器220、一系數(shù)產(chǎn)生單元230及一無(wú)限脈沖響應(yīng)濾波器240。本發(fā)明動(dòng)態(tài)IIR濾波裝置200的輸入信號(hào)Di [η]表示手指在觸碰面板上的觸碰位置，也是一數(shù)字信號(hào)，Di [η]表示η個(gè)時(shí)間單位時(shí)的取樣值且η為大于或等于零的整數(shù)。例如，當(dāng)取樣頻率(sampling rate)為60Hz時(shí),每單位時(shí)間為1/60秒，Di
表示O秒的取樣值、Di [I]表示1/60秒的取樣值、Di[2]表示2X (1/60)秒的取樣值...以此類(lèi)推，Di[n_l]表示(n-1) X (1/60)秒的取樣值。相對(duì)地，Do[η]是動(dòng)態(tài)IIR濾波裝置200的輸出信號(hào)。前置低通濾波器210接收輸入信號(hào)Di [η]，預(yù)先濾除噪聲后，產(chǎn)生一濾波信號(hào)Da[η]以供后級(jí)的變化量檢測(cè)器220使用。該前置低通濾波器210可使用IIR濾波器或FIR濾波器來(lái)實(shí)施。舉例而言，輸入信號(hào)Di [η]為手指的觸碰位置，假設(shè)取樣頻率為60Hz且前置低通濾波器210由一契比雪夫第二型(Chebyshev type II) IIR濾波器來(lái)實(shí)施,上述契比雪夫第二型IIR濾波器的截止頻率設(shè)定在FCtl = 0. 6*FS，其中FS為取樣頻率的一半，即FS =30Hz。這是因?yàn)橐话闶种傅囊苿?dòng)頻率低于20Hz，所以約略取FCtl = O. 6*FS。須注意的是，對(duì)動(dòng)態(tài)IIR濾波裝置200而言，前置低通濾波器210的設(shè)置，會(huì)減少噪聲對(duì)輸入信號(hào)Di [η]的干擾，進(jìn)而增加后級(jí)變化量檢測(cè)器220的準(zhǔn)確度；相反地，若沒(méi)有設(shè)置前置低通濾波器210，動(dòng)態(tài)IIR濾波裝置200依然可以進(jìn)行動(dòng)態(tài)濾波，但變化量檢測(cè)器220會(huì)產(chǎn)生的檢測(cè)值VAR較容易受到噪聲干擾。由于前置低通濾波器210對(duì)動(dòng)態(tài)IIR濾波裝置200而言并非必要元件，故在圖2中以虛線(xiàn)表示。圖3顯示觸碰位置隨時(shí)間變化的一個(gè)例子。參考圖3，實(shí)線(xiàn)表示原始輸入信號(hào)Di [η],而虛線(xiàn)則表不經(jīng)過(guò)前置低通濾波器210處理后的Da[n]信號(hào)。圖3表不輸入信號(hào)Di [η]在B區(qū)間的位置變化量AD較小，所以可以使用較低的截止頻率以濾除較多的噪聲；相反地，輸入信號(hào)Di[n]在A區(qū)間的位置變化量AD較大，所以可以使用較高的截止頻率以快速反應(yīng)輸入信號(hào)的變化。圖4顯示本發(fā)明變化量檢測(cè)器的一實(shí)施例的架構(gòu)變示意圖。變化量檢測(cè)器220接收前置低通濾波器210產(chǎn)生的濾波信號(hào)Da[n]，進(jìn)行變化量度運(yùn)算，以產(chǎn)生一檢測(cè)值VAR。在圖4的實(shí)施例中，對(duì)濾波信號(hào)Da[n]總共取4個(gè)取樣點(diǎn)作變化量運(yùn)算，請(qǐng)注意，本發(fā)明并未對(duì)濾波信號(hào)Da[n]的取樣點(diǎn)數(shù)做限定，而取樣點(diǎn)數(shù)多寡可依硬體的成本考量來(lái)實(shí)施，但過(guò)多的取樣點(diǎn)數(shù)會(huì)使得變化量檢測(cè)器220產(chǎn)生檢測(cè)值VAR的時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，而過(guò)少的取樣點(diǎn)數(shù)會(huì)使檢測(cè)值VAR的結(jié)果容易遭受噪聲干擾。參考圖4，變化量檢測(cè)器220包含一第一運(yùn)算電路420、一第二運(yùn)算電路430、一第三運(yùn)算電路450、三個(gè)延遲器411 413及三個(gè)減法器416 418。輸入信號(hào)Di [η]表不手指的觸碰位置,而濾波信號(hào)Da[n]則表不去除噪聲后的手指觸碰位置。在圖4中，Z—1為延遲(delay)符號(hào)，表示延遲器411 413分別延遲一個(gè)取樣點(diǎn)時(shí)間，而三個(gè)減法器416 418的輸出v[n-m] = Da[n-m]-Da[n-m-l](相當(dāng)于輸入信號(hào)Da[n-m]的一次微分)，分別表示在三個(gè)時(shí)間點(diǎn)(n = 0、l、2)時(shí)手指不同的移動(dòng)速度，其中，m為整數(shù)，O≤m≤2。第一運(yùn)算電路420接收濾波信號(hào)的4個(gè)取樣點(diǎn)Da [n]、Da [n-1]、Da[n-2]及Da [n_3],進(jìn)行位置的標(biāo)準(zhǔn)偏差值(standard deviation)運(yùn)算,產(chǎn)生位置的標(biāo)準(zhǔn)
偏差值Da_STD。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)偏差值定義，
權(quán)利要求
1.一種動(dòng)態(tài)濾波裝置，其特征在于，所述動(dòng)態(tài)濾波裝置包含 一變化量檢測(cè)器，根據(jù)一第一輸入信號(hào)的多個(gè)連續(xù)取樣值，產(chǎn)生一檢測(cè)值； 一系數(shù)產(chǎn)生單元，根據(jù)該檢測(cè)值，產(chǎn)生一組濾波系數(shù)；以及 一濾波器，根據(jù)該組濾波系數(shù)，對(duì)所述第一輸入信號(hào)進(jìn)行濾波； 其中，該檢測(cè)值的大小與所述連續(xù)取樣值的變化量、所述連續(xù)取樣值一次微分的變化量及所述連續(xù)取樣值一次微分的平均值的至少一者或其組合有關(guān)。
2.如權(quán)利要求I所述的濾波裝置，其特征在于，所述連續(xù)取樣值的變化量為所述連續(xù)取樣值的標(biāo)準(zhǔn)偏差值及所述連續(xù)取樣值的絕對(duì)誤差總和的一者。
3.如權(quán)利要求I所述的濾波裝置，其特征在于，所述連續(xù)取樣值一次微分的變化量為所述連續(xù)取樣值一次微分的標(biāo)準(zhǔn)偏差值及所述連續(xù)取樣值一次微分的絕對(duì)誤差總和的一者。
4.如權(quán)利要求I所述的濾波裝置，其特征在于，所述系數(shù)產(chǎn)生單元包含 一第一查表單元，內(nèi)建一第一查閱表，用以接收所述檢測(cè)值，并根據(jù)所述第一查閱表，來(lái)產(chǎn)生一截止頻率；以及 一第二查表單元，內(nèi)建一第二查閱表，用以接收所述截止頻率，并根據(jù)所述第二查閱表,來(lái)產(chǎn)生所述組濾波系數(shù)； 其中，所述截止頻率與所述檢測(cè)值之間呈單調(diào)遞增關(guān)系。
5.如權(quán)利要求4所述的濾波裝置，其特征在于，所述第一查表單元及所述第二查表單元分別由一只讀存儲(chǔ)器、一組合邏輯電路及一暫存器電路的一者來(lái)加以實(shí)施。
6.如權(quán)利要求4所述的濾波裝置，其特征在于，所述第二查閱表的內(nèi)容會(huì)隨所述濾波器的階數(shù)的不同而改變。
7.如權(quán)利要求4所述的濾波裝置，其特征在于，所述第二查閱表的內(nèi)容會(huì)隨所述濾波器的種類(lèi)的不同而改變。
8.如權(quán)利要求4所述的濾波裝置，其特征在于，所述第二查閱表包含多組濾波系數(shù)，且各組濾波系數(shù)之間呈現(xiàn)連續(xù)性。
9.如權(quán)利要求4所述的濾波裝置，其特征在于，所述第一查表單元更接收一環(huán)境變數(shù)，并根據(jù)所述第一查閱表，來(lái)產(chǎn)生所述截止頻率。
10.如權(quán)利要求I所述的濾波裝置，其特征在于，所述濾波器為一無(wú)限脈沖響應(yīng)濾波器。
11.如權(quán)利要求10所述的濾波裝置，其特征在于，所述無(wú)限脈沖響應(yīng)濾波器由一巴特沃士濾波器、一契比雪夫第一型濾波器、一契比雪夫第二型濾波器及一橢圓濾波器的一者來(lái)實(shí)施。
12.如權(quán)利要求I所述的濾波裝置，其特征在于，所述濾波器為一有限脈沖響應(yīng)濾波器。
13.如權(quán)利要求12所述的濾波裝置，其特征在于，所述有限脈沖響應(yīng)濾波器由一第一型有限脈沖響應(yīng)濾波器、一第二型有限脈沖響應(yīng)濾波器、一第三型有限脈沖響應(yīng)濾波器及一第四型有限脈沖響應(yīng)濾波器的一者。
14.如權(quán)利要求I所述的濾波裝置，其特征在于，所述濾波裝置還包含 一前置低通濾波器，所述移動(dòng)量檢測(cè)器的前級(jí)電路，用以接收一第二輸入信號(hào)，并預(yù)先濾除所述第二輸入信號(hào)的噪聲，以產(chǎn)生所述第一輸入信號(hào)。
15.一種動(dòng)態(tài)濾波方法，其特征在于，所述動(dòng)態(tài)濾波方法包含 根據(jù)一第一輸入信號(hào)的多個(gè)連續(xù)取樣值，得到一檢測(cè)值； 根據(jù)所述檢測(cè)值，得到一組濾波系數(shù)；以及 利用一濾波器，根據(jù)所述組濾波系數(shù)，對(duì)所述輸入信號(hào)進(jìn)行濾波； 其中，所述檢測(cè)值的大小與所述連續(xù)取樣值的變化量、所述連續(xù)取樣值一次微分的變化量及所述連續(xù)取樣值一次微分的平均值的至少一者或其組合有關(guān)。
16.如權(quán)利要求15所述的濾波方法，其特征在于，所述連續(xù)取樣值的變化量為所述連續(xù)取樣值的標(biāo)準(zhǔn)偏差值及所述連續(xù)取樣值的絕對(duì)誤差總和的一者。
17.如權(quán)利要求15所述的濾波方法，其特征在于，所述連續(xù)取樣值一次微分的變化量為所述連續(xù)取樣值一次微分的標(biāo)準(zhǔn)偏差值及所述連續(xù)取樣值一次微分的絕對(duì)誤差總和的一者O
18.如權(quán)利要求15所述的濾波方法，其特征在于，所述得到該組濾波系數(shù)步驟包含 根據(jù)所述檢測(cè)值，查詢(xún)一第一查閱表，以得到一截止頻率；以及 根據(jù)所述截止頻率，查詢(xún)一第二查閱表，以得到所述組濾波系數(shù)； 其中，所述截止頻率與所述檢測(cè)值之間呈單調(diào)遞增關(guān)系。
19.如權(quán)利要求18所述的濾波方法，其特征在于，所述第二查閱表的內(nèi)容會(huì)隨所述濾波器的階數(shù)的不同而變動(dòng)。
20.如權(quán)利要求18所述的濾波方法，其特征在于，所述第二查閱表的內(nèi)容會(huì)隨所述濾波器的種類(lèi)的不同而變動(dòng)。
21.如權(quán)利要求18所述的濾波方法，其特征在于，所述第二查閱表包含多組濾波系數(shù)，且各組濾波系數(shù)之間呈現(xiàn)連續(xù)性。
22.如權(quán)利要求18所述的濾波方法，其特征在于，所述查詢(xún)所述第一查閱表步驟還包含 更根據(jù)一環(huán)境變數(shù)，查詢(xún)所述第一查閱表，以得到所述截止頻率。
23.如權(quán)利要求15所述的濾波方法，其特征在于，所述濾波器為一無(wú)限脈沖響應(yīng)濾波器。
24.如權(quán)利要求23所述的濾波方法，其特征在于，所述無(wú)限脈沖響應(yīng)濾波器由一巴特沃士濾波器、一契比雪夫第一型濾波器、一契比雪夫第二型濾波器及一橢圓濾波器的一者來(lái)實(shí)施。
25.如權(quán)利要求15所述的濾波方法，其特征在于，所述濾波器為一有限脈沖響應(yīng)濾波器。
26.如權(quán)利要求25所述的濾波方法，其特征在于，所述有限脈沖響應(yīng)濾波器由一第一型有限脈沖響應(yīng)濾波器、一第二型有限脈沖響應(yīng)濾波器、一第三型有限脈沖響應(yīng)濾波器及一第四型有限脈沖響應(yīng)濾波器的一者。
27.如權(quán)利要求15所述的濾波方法，其特征在于，所述的濾波方法更包含 預(yù)先濾除一第二輸入信號(hào)的噪聲，以得到所述第一輸入信號(hào)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種動(dòng)態(tài)濾波裝置及其方法，該動(dòng)態(tài)濾波裝置包含一變化量檢測(cè)器、一系數(shù)產(chǎn)生單元及一濾波器。所述動(dòng)態(tài)濾波裝置包含一變化量檢測(cè)器，根據(jù)一第一輸入信號(hào)的多個(gè)連續(xù)取樣值，產(chǎn)生一檢測(cè)值；一系數(shù)產(chǎn)生單元，根據(jù)該檢測(cè)值，產(chǎn)生一組濾波系數(shù)；以及一濾波器，根據(jù)該組濾波系數(shù)，對(duì)該輸入信號(hào)進(jìn)行濾波；其中，該檢測(cè)值的大小與所述連續(xù)取樣值的變化量、所述連續(xù)取樣值一次微分的變化量及所述連續(xù)取樣值一次微分的平均值的至少一者或其組合有關(guān)。本發(fā)明根據(jù)輸入信號(hào)的變化量度，來(lái)動(dòng)態(tài)改變截止頻率，使得輸入信號(hào)在慢速時(shí)獲得較高的SNR，而在快速移動(dòng)時(shí)能縮短反應(yīng)時(shí)間，進(jìn)而加強(qiáng)濾波器的反應(yīng)時(shí)間和抗噪聲的能力。
文檔編號(hào)H03H17/00GK102647168SQ20101052375
公開(kāi)日2012年8月22日 申請(qǐng)日期2010年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月28日
發(fā)明者吳鴻偉, 張志宇, 楊紹圣, 陳泂甫 申請(qǐng)人:矽統(tǒng)科技股份有限公司